QuEChERS前处理方法在农药残留检测中的应用

王 婧

QuEChERS前处理方法在农药残留检测中的应用

王 婧

（山西省农业科学院农产品质量安全与检测研究所，农业部农产品质量安全风险评估实验室（太原），山西太原030031）

近年来，农产品质量安全问题备受社会关注，随着检测前处理方法和仪器的不断改进更新，农产品中农药残留检测技术日趋成熟。2003年美国科研工作者针对水果蔬菜中的农药残留检测开发了QuEChERS前处理方法，该方法具有快速、简便、低廉、高效、稳定、安全的特点。介绍了传统的前处理方法和QuEChERS前处理方法的原理，并对比得出QuEChERS前处理方法的优势，总结了近年来QuEChERS前处理方法在提取溶剂的pH、净化剂、样品加水量、操作方法4个方面的改进措施；同时综述了近年来QuEChERS前处理方法在农产品及其他领域的应用情况，并对该方法的前景进行了展望。

QuEChERS；前处理；农药；残留

当今，随着人们生活水平的提高，人们的饮食安全意识逐渐增强，食品的质量安全问题得到了广泛的关注。我国已登记的化学农药数量在逐年增加，每年都有大量新的农药进入农田。当前农药残留超标情况普遍存在，农药的滥用不仅会危害消费者的健康，还会影响我国农产品的出口贸易，损害进出口企业的利益。当今世界各国农作物使用的农药有差异，禁止、限用的农药也有很大的不同，导致进出口农产品的农药残留限量标准也存在差异，农药残留已成为农产品国际贸易的技术壁垒。为了确保农产品质量安全，尽快协调和统一国际农药残留标准，有必要对农药残留进行及时有效的监测，不断地提高检测技术，开发快速、便捷、高效的农药残留检测方法。目前，国际上大多采用色谱-质谱联用技术进行农药残留检测，如气相色谱-质谱、气相色谱-质谱/质谱、气相色谱-三重四级杆质谱、液相色谱-质谱、液相色谱-质谱/质谱等。我国许多科研院所已购置国际先进的检测设备，检测的技术水平主要差别在于样品的前处理过程，不断探索开发快速、易操作、回收率高的前处理方法，是样品检测的关键环节。2003年，美国农业部的ANASTASSIADES等[1]开发出一种新的样品前处理方法，该方法的优点是快速（quick）、简便（easy）、低廉（cheap）、高效（effective）、稳定（rugged）和安全（safe），将6个优点的英文单词缩合，称之为QuEChERS前处理方法，简称QuEChERS法。该方法自问世以来，引起全世界学者的关注，经过十几年的时间，科研工作者对QuEChERS方法不断改进，并拓宽其应用范围，使其成为农药残留检测的首选前处理方法。本文综述了QuEChERS方法的发展及改进过程，并综述了近年来该方法在国内外各个领域的应用进展。

1 QuEChERS前处理方法的发展

1.1 传统前处理方法介绍

早期的农药残留检测前处理方法有液固萃取、液液萃取等，这些方法由于操作步骤复杂、耗时耗力、有机试剂消耗大、成本高、提取效率低等已经被淘汰。20世纪末，更快、更便捷的样品前处理方法[2]被引入到农药残留检测中，并得到广泛应用。目前普遍使用的农药残留检测前处理方法主要有固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）、基质固相分散萃取（MSPD）、凝胶渗透色谱（GPC）、超零界流体萃取（SFE）、高效萃取吸管（DPX）等。固相萃取是在液相萃取和液固萃取原理的基础上，根据基质干扰物和目标化合物吸附、解吸能力的差异，选择适当的填料，对样品进行选择性的吸附和洗脱，从而达到分离、纯化目标化合物的目的。目前，常用的固相萃取柱有极性柱、非极性柱、阴阳离子交换柱、共价型柱等，固相萃取柱不可重复使用，价格比较高，大多数在几十元左右。固相萃取是农药残留检测最常使用的前处理方法，具有稳定、精确、样品容量大、分离度高的优点，但对于复杂基质和手性化合物的分离效果不理想[3]。固相微萃取相对于固相萃取实现了前处理过程一体化，更加快捷，净化程度高，对仪器污染小，但是该方法受环境影响干扰大，进样耗时长。基质固相分散萃取的操作简单，可以有效避免乳化现象，但该方法对样品的含水量有一定要求。凝胶渗透色谱的应用范围比较广泛，对含色素和脂类的样品净化效果好，而且净化柱可回收重复使用，节约成本，但此方法溶剂消耗大，净化时间长，对分子量相近的分析物选择性弱。超零界流体萃取的净化速度快，试剂用量少，但成本较高[4]。高效萃取吸管是将样品和固定相及吸附剂充分混合，并快速地从样品中提取化合物的一次性装置，净化速度快，溶剂用量少，但成本较高。我国对该提取法的研究还处于起步阶段，研究领域主要用于蔬菜[5]。国外使用高效萃取吸管法相对较多，GUAN等[6-8]就使用高效萃取吸管法做了许多相关性的农药残留检测试验，结果表明，该方法适用于大多数水果、蔬菜中农药残留的分离，净化效果好，回收率高。

1.2 QuEChERS前处理方法的介绍

早在1989年，美国的路易斯安那州的大学教授BARKER等[9]提出基质固相分散萃取技术，将样品与C18为主的多种固体研磨、混匀后填柱，常用于微量药物样品的分离检测。随着基质固相分散萃取技术和固相萃取技术的进一步发展，2003年美国的ANASTASSIADES等经过不断试验探索，最终针对含水量高、基质简单的蔬菜水果样品开发出一种新的简单、高效的前处理方法，命名QuEChERS法。QuEChERS法具体步骤是：称取10 g样品于聚四氟乙烯离心管中，加入10 mL乙腈匀浆1 min后，再加入4 g无水硫酸镁和1 g醋酸钠，将离心管密封、振荡、离心，取上层清液1 mL于小型聚四氟乙烯离心管中，加入150 mg无水硫酸镁和25 mg PSA（N-丙基乙二胺）振荡、离心，用一次性注射器取上层清液过有机滤膜后，注入进样小瓶待检。

实验室常用的提取溶剂有丙酮、乙腈、乙酸乙酯等。用丙酮作为提取溶剂时，大量色素、脂质会溶入丙酮，不易分离提纯，而且丙酮作为水溶性溶剂，需加入二氯甲烷或石油醚才能和水相分层，二氯甲烷毒性极大，不利于实验操作者的健康。乙酸乙酯微溶于水，极性强的农药在乙酸乙酯中的萃取效果不理想。用乙腈提取水果蔬菜中的农药时，提取的农药种类多、速度快、杂质少、有机相与水相分层时间短[10]，且乙腈毒性低，对实验人员危害较小，所以，经对比后，QuEChERS方法选用乙腈作为提取剂。在净化步骤中，QuEChERS方法选用无水硫酸镁作为脱水剂，PSA作为净化剂。实验室最常使用中性的无水硫酸钠来脱水，但由于无水硫酸镁脱水能力大约为无水硫酸钠的4倍[11]，脱水速度也快于无水硫酸钠，符合QuEChERS方法快速脱水的要求，因此，选用无水硫酸镁作为脱水剂。净化剂PSA的化学结构式中有2个胺基，所以，相对于只含有1个胺基的氨基粉，具有更强的离子交换能力。PSA中的2个胺基能够跟羟基形成共价键氢键，吸附样品基质中的脂肪酸、糖类、甾醇等杂质，从而达到净化目的，而且与净化剂氧化铝相比，PSA对许多农药吸附能力弱，净化效果好[12]。

QuEChERS前处理方法结合色谱-质谱联用技术在农药残留检测中有着多方面的优势：简化了前处理过程，平均每个样品只需2～3 min；提高了实验的可操作性，即使条件差的实验室也可使用该方法提取净化；适用于大部分农药残留的检测，也适用于几百种农药的多残留检测，而且回收率较高；减少溶剂使用量，降低实验成本，降低试剂对实验者的健康危害。目前，许多实验室在检测蔬菜水果中农药残留时都参考了QuEChERS前处理方法，许多仪器公司也根据QuEChERS方法，为用户制备了装有定量净化剂的净化管和前处理净化包，更加节省了前处理时间，提高了实验效率。国外科研工作者已经对QuEChERS方法进行了验证和改进[13]，目前改进后的QuEChERS方法分别在2007，2008年成为美国农业化学家协会（AOAC）和欧洲标准化委员会（CEN）的标准方法，我国也参考QuEChERS方法制定了一些标准。

2 Qu ECh ERS前处理方法的改进

QuEChERS方法公布以来，全世界的科研工作者对该方法进行确证后，随即开始对QuEChERS方法进行改进研究，以便使其适用于更多领域。

2.1 对提取溶剂pH的控制

科研工作者在使用QuEChERS方法中发现，部分农药在酸性或碱性基质中不稳定，容易降解，回收率偏低。SCHULZE等[14]在提取溶剂中加入柠檬酸盐，形成pH约为5.2的缓冲体系；LEHOTAY等[15]在提取溶剂中加入乙酸和乙酸钠，形成pH约为4.8的缓冲体系，缓冲盐的加入大大降低了酸碱敏感性农药的降解程度。

2.2 净化剂的选择

传统的QuEChERS方法使用的净化剂是PSA，面对复杂基质样品的检测，单一的净化剂已不能满足前处理的需求。GCB（石墨化碳黑）由于其特殊的化学结构，能有效吸附色素、甾醇等非极性干扰物，GCB对色素的吸附效果能达到90%，对色素含量较高的样品如韭菜、菠菜等有很好的净化效果。C18主要通过硅胶基质吸附剂来吸附脂肪等非极性干扰物，对脂肪含量较高的动物源农产品有很好的净化效果。此外，还有二氧化锆、氧化铝、EMR-Lipid等多种净化剂。根据不同的样品，选择合适搭配的净化剂组合，有利于提高净化效率。

2.3 样品加水量的确定

QuEChERS方法主要针对含水量较高的蔬菜水果进行农药提取；对于含水量较低的样品如鸡肉、奶粉、大米等农产品，需要适当加入适量的水（使样品含水量高于80%）来保障提取效率。不同的加水量对试验结果也有一定影响，如PAREJA等[16]在10 g稻米中分别加入5，7.5，10 g的水进行对比试验，结果表明，加入7.5 g水的样品回收率较高。因此，对于含水量低的样品，如何达到最佳的提取效果，需要对加水量进行对比摸索试验。

2.4 操作方法改进

在用QuEChERS前处理方法处理样品时，需要加入无水硫酸镁，无水硫酸镁遇水放热并结块，样品温度升高会使一些热不稳定的农药如氧乐果、甲胺磷、甲拌磷、克菌丹等发生降解，降低回收率。因此，可以在样品匀浆前加入干冰，或将样品提前放入冰箱降温到4℃后再匀浆[17]。为了防止无水硫酸镁遇水结块，加入无水硫酸镁后立即猛烈振荡离心管，或者用匀浆仪打散块状硫酸镁和样品。另外，对于高脂肪含量的动植物样品需放入冰箱冷冻过夜，对于含有硫化物的样品如枸杞，需要微预热后再进行提取[18]。

3 Qu ECh ERS前处理方法近年来的应用

用经典QuEChERS方法处理含水量较高的蔬菜水果时步骤简单，样品处理时间短，成本低，因此，许多实验室将其作为批量检测和多残留检测的前处理方法。张爱之等[19]根据QuEChERS前处理方法，选取几种典型蔬菜，用乙腈溶液（含体积比为1%的乙酸）作为提取剂，经无水硫酸镁脱水，PSA，GCB，C18净化，利用色谱-质谱串联技术完成了样品中250种农药的多残留测定，添加回收率为60%～120%，相对标准偏差为3.5%～19.5%。同时，该试验还对比了不同用量的无水硫酸镁和净化剂PSA，GCB，C18的净化效果，结果表明，对 2 mL样品进行净化时，无水硫酸镁，PSA，GCB，C18的使用量分别为 0.3，0.2，0.01，0.1 g 时净化效果最好。NGUYEN等[20]进一步简化了QuEChERS方法，在使用色谱-质谱串联技术测定卷心菜和胡萝卜中107种农药时，由于样品中糖类、色素等干扰物较少，所以，简化了净化步骤，在样品中直接加入乙腈溶液（含体积比为1%的乙酸）提取，再加入无水硫酸镁和醋酸铵，振荡离心后，无需二次离心，取上层清液直接上机检测。该方法简单、快速，但仅适用于无脂肪、色素、糖类含量少的蔬菜样品，检测范围有局限性。除了常规农药的检测，作为监管机构，常常需要掌握农业种植过程中禁限用农药的使用情况，林涛等[21]采用QuEChERS方法，建立了蔬菜中常见的41种植物生长调节剂（莠去津、2，4-D等）和隐性、禁用性、限用性农药（多菌灵、灭幼脲、腈菌唑等）的测定方法。该方法用乙腈溶液（含体积比为1%的乙酸）提取样品，再经无水硫酸镁、PSA净化后直接进样分析，简化了样品预处理的操作步骤。试验还分别比较了不同提取溶剂（甲醇、乙腈、1%甲酸-甲醇、1%乙酸-甲醇、1%甲酸-乙腈、1%乙酸- 乙腈）和不同量的无水硫酸镁（0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 g），PSA（0.04，0.06，0.08，0.1 g）对于目标农药的提取情况，结果表明，当提取溶剂为1%乙酸-乙腈溶液，无水硫酸镁用量为0.6 g，PSA用量为0.08 g时，具有最佳的提取效果。研究还发现，由于基质效应，PSA的用量对氨基甲酸酯类农药的回收率影响较大。周纯洁等[22]将QuEChERS方法应用于蔬菜中植物生长延缓剂（矮壮素、缩节胺、丁酰肼）的检测，并对比了不同提取剂、净化剂对蔬菜中这3种植物生长延缓剂的提取净化效果。

QuEChERS方法不仅被广泛应用于蔬菜水果中农药残留的测定，还适用于谷物、水产品、肉类等农产品及其他样品[23]中农药残留的检测。陈京都等[24]在5 g稻谷中加入10 mL水，再用QuEChERS方法提取净化，用液相色谱-质谱法测定样品中12种农药残留量，加标回收率符合农残分析要求。SAPOZHNIKOVA等[25]用QuEChERS方法建立了鲶鱼肌肉中18种农药以及PCB，PAHs，PBDE等多残留分析方法。范广宇等[26]用QuEChERS方法提取净化，测定了鱼（黄鳝、鲤鱼）、虾等高蛋白样品中的硫丹及其代谢物硫丹硫酸盐含量，试验结果能达到进出口水产品中硫丹的检测要求。魏月等[27]采用QuEChERS方法测定了蜂花粉中16种多环芳烃，为蜂花粉中有机污染物监测及风险评估提供了方法，该分析方法回收率符合分析检测要求。

对于系统性的试验如农药残留登记试验，检测对象不仅是农产品，还有土壤、植株等，用统一的前处理方法处理不同种类的样品，能减少实验时间，提高工作效率。葛谦等[28-29]对QuEChERs前处理方法进行摸索改进，结合液相色谱-质谱检测法，建立了小麦籽粒、植株和土壤中氯啶菌酯及吡蚜酮的检测方法。曾凯等[30]也采用QuEChERS法测定了土壤中16种农药残留。QuEChERs方法的适用范围从蔬菜水果扩展到多种农产品及环境样品，为实验室多方面多需求的工作提供了便利。

4 Qu ECh ERS前处理方法的前景展望

经过13 a的发展，QuEChERS前处理方法作为一种简便、快速的残留前处理技术，被科研工作者不断改进并拓宽其应用范围。应用对象已从开始的含水量高的蔬菜水果，扩展到农副产品肉、奶、谷物、油料等，再到环境中的土壤、水、污染物等，今后还将更广泛地应用于各个领域。目前，QuEChERS前处理方法提取剂和净化剂比较单一，针对复杂基质的样品，提取和净化效果并不理想。而且由于部分农药的不稳定性，用QuEChERS方法处理多残留实验的技术还不够成熟。在今后的研究中，新的提取剂和净化剂将会不断被开发[31]，不同样品中提取剂、净化剂、加水量的比例将会不断完善，高灵敏度、高通量的检测设备在不断被研发，QuEChERS前处理方法与各种检测设备联用技术将日趋成熟，更好地为农药残留分析提供技术支持。

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Study on the Application of QuEChERSPretreatment Method in the Detection of Pesticide Residues

WANGJing
（Institute of Quality，Safety of Agro-products and Testing Technology，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Agro-products（Taiyuan），Ministry of Agriculture，Taiyuan 030031，China）

In recent years,the quality and safety of agricultural products has been paid much attention to by the society.With the improvement of pretreatment methods and instruments,the pesticide residue detection technology is becoming more and more mature.In 2003,American scientists developed QuEChERSas apretreatment method for the detection of pesticide residues in fruits and vegetables.Thismethod isquick,easy,cheap,effective,rugged and safe.Thispaper introduced thetheory of thetraditional pretreatment method and QuEChERS pretreatment method,and pointed out the advantages of the QuEChERS pretreatment method,and summarized the improvement measures of QuEChERSpretreatment method in the four aspects of pH,purificant,water addition amount and operation method.In this paper,the application of QuEChERSpretreatment method in agricultural products and other fields in recent years was summarized,and the prospect of thismethod was alsoprospected.

QuEChERS;pretreatment;pesticide;residue

O652.1

A

1002-2481（2017）12-2051-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.36

2017-01-24

王 婧（1987-），女，山西大同人，助理研究员，主要从事农药残留检测研究工作。